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Accéléromètres

Qu'est-ce qu'un accéléromètre?

Un accéléromètre est un appareil qui mesure la vibration ou l'accélération du mouvement d'une structure. La force provoquée par les vibrations ou un changement de mouvement (accélération) pousse la masse à « serrer » le matériau piézoélectrique qui produit une charge électrique proportionnelle à la force qui lui est exercée. Étant donné que la charge est proportionnelle à la force, et que la masse est une constante, la charge est donc également proportionnelle à l'accélération.

AccéléromètreIl existe deux types d'accéléromètres piézoélectriques (capteurs de vibrations). Le premier type est un accéléromètre à sortie de charge à « haute impédance ». Dans ce type d'accéléromètre, le cristal piézoélectrique produit une charge électrique qui est reliée directement aux instruments de mesure. La sortie de charge nécessite des aménagements particuliers et un appareillage plus couramment utilisé dans des installations de recherche. Ce type d'accéléromètre est également utilisé dans des applications à haute température (> 120 °C) pour lesquelles des modèles à faible impédance ne peuvent pas être utilisés.

Le deuxième type d'accéléromètre est un accéléromètre à sortie à faible impédance. Un accéléromètre à faible impédance présente un accéléromètre de charge à l'avant, mais est doté d'un micro-circuit intégré et d'un petit transistor à effet de champ qui convertit cette charge en une tension à basse impédance qui peut facilement faire office d'interface avec l'appareillage standard. Ce type d'accéléromètre est couramment utilisé dans l'industrie. Une alimentation d'accéléromètre comme l'ACC-PS1 fournit la puissance nécessaire au microcircuit, 18 à 24 V à 2 mA de courant constant, et supprime le niveau de polarisation en courant continu. Elle fournit généralement un signal de sortie à base zéro jusqu'à +/- 5 V selon le taux mV/g nominal de l'accéléromètre. Tous les accéléromètres OMEGA® font partie de ce type à faible impédance.

Caractéristiques de l'accéléromètre

Gamme dynamique – Il s'agit de l'amplitude +/- maximale que peut mesurer l'accéléromètre avant de déformer ou de limiter le signal de sortie. Généralement spécifié en g.

Réponse de fréquence – Elle est déterminée par la masse, les propriétés piézoélectriques du cristal et la fréquence de résonance du boîtier. Il s'agit de la gamme de fréquences dans laquelle la sortie de l'accéléromètre est incluse dans un écart spécifié, généralement +/- 5 %.

g – 1g correspond à l'accélération due à la pesanteur de la terre, qui est de 32,2 pi/sec2, 386 po/sec 2 ou 9,8 m/s2.

Mise à la terre – Il existe deux types de mise à la terre du signal pour les accéléromètres. Les accéléromètres en boîtier mis à la terre ont le côté faible du signal lié à leur boîtier. Comme le boîtier est inclus dans le parcours du signal et peut être fixé à un matériau conducteur, des précautions doivent être prises lors de l'utilisation de ce type d'accéléromètre pour éviter le bruit de la surface du sol. Les composants électriques des accéléromètres mis à la terre isolés sont isolés du boîtier et sont beaucoup moins sensibles au bruit du sol.

Limite haute fréquence – Il s'agit de la fréquence à laquelle la sortie est supérieure à la déviation de sortie déterminée. Elle est généralement régie par la résonance mécanique de l'accéléromètre.

Coupure basse fréquence – Il s'agit de la fréquence à laquelle la sortie commence à chuter en dessous de la précision indiquée. La sortie n'est pas « coupée », mais la sensibilité diminue rapidement avec des fréquences plus basses.

Bruit – Le bruit électronique est généré par le circuit d'amplification. Le bruit peut être spécifié soit à large bande (spécifié sur un spectre de fréquences), soit spectral – désigné à des fréquences spécifiques. Les niveaux de bruit sont spécifiés en g, soit 0,0025 g2 - 25 000 Hz. Le bruit diminue généralement lorsque la fréquence augmente, donc le bruit est plus problématique à basses fréquences qu'à hautes fréquences.

Fréquence de résonance – Il s'agit de la fréquence à laquelle le capteur résonne ou sonne. Les mesures de fréquence se doivent d'être bien en dessous de la fréquence de résonance de l'accéléromètre.

Sensibilité – Il s'agit de la tension de sortie produite par une certaine force mesurée en g. Les accéléromètres se répartissent généralement en deux catégories – produisant soit 10 mV/g, soit 100 mV/g. La fréquence de la tension de sortie en courant alternatif correspond à la fréquence des vibrations. Le niveau de sortie est proportionnel à l'amplitude des vibrations. Les accéléromètres à sortie basse sont utilisés pour mesurer les niveaux de vibration élevés alors que les accéléromètres à sortie haute sont utilisés pour mesurer les niveaux de vibrations faibles.

Sensibilité à la température – Il s'agit de la tension de sortie par degré de température mesurée. Les capteurs sont compensés en température afin de maintenir la variation de sortie dans les limites de changement de température spécifiées.

Gamme de température – Elle est limitée par le micro-circuit électronique qui convertit la charge en une sortie de faible impédance. La gamme oscille généralement entre -50 et 120 °C.

Sélection de l'accéléromètre – Lors de la sélection d'un accéléromètre pour vos applications, de nombreux paramètres doivent être pris en considération.
  • Quelle est l'amplitude de vibration à surveiller?
  • Quelle est la fréquence de vibration à surveiller?
  • Quelle est la gamme de température de l'installation?
  • Quelles sont la taille et la forme de l'échantillon à surveiller?
  • Y a-t-il des champs électromagnétiques?
  • Y a-t-il un niveau élevé de bruit électrique dans la zone?
  • La surface où l'accéléromètre doit être monté doit-elle être mise à la terre?
  • L'environnement est-il corrosif?
  • La zone nécessite-t-elle des instruments sécurisés ou antidéflagrants?
  • La zone est-elle humide ou arrosée?

Autres considérations :
La masse des accéléromètres doit être nettement inférieure à la masse du système à surveiller.
La gamme dynamique de l'accéléromètre doit être plus large que la gamme d'amplitudes de vibrations attendue de l'échantillon.
La plage de fréquence de l'accéléromètre doit correspondre à la plage de fréquences prévue.
La sensibilité de l'accéléromètre devrait produire une sortie électrique compatible avec l'instrumentation existante. Utilisez un accéléromètre à faible sensibilité pour mesurer les vibrations d'amplitude élevée, et inversement, utilisez un accéléromètre à sensibilité élevée pour mesurer les vibrations de faible amplitude.

Montage
Le capteur doit être monté directement sur la surface de la machine pour mesurer correctement les vibrations. Ceci peut être accompli par plusieurs types de supports :
  • Support magnétique plat
  • Support magnétique 2 pôles
  • Adhésifs (Époxy/cyanoacrylate)
  • Goujon de fixation
  • Goujon d'isolation

Les supports aimantés sont généralement des supports temporaires.
Les supports magnétiques sont utilisés pour monter des accéléromètres sur des matériaux ferromagnétiques trouvés couramment dans les outils, les structures et les moteurs de machines. Ils permettent au capteur d'être facilement déplacé d'un site à un autre pour de multiples lectures de localisation. Les supports magnétiques sont utilisés pour monter un accéléromètre sur une surface ferromagnétique courbe.

Les goujons adhésifs et filetés sont considérés comme des montages permanents.
Les adhésifs tels que la résine époxy ou le cyanoacrylate constituent un collage satisfaisant pour la plupart des applications. Maintenez le film aussi fin que possible afin d'éviter tout amortissage indésirable des vibrations dû à la souplesse du film. Pour retirer un accéléromètre monté par adhésif, utilisez une clé sur le pan de manœuvre du boîtier et effectuez une torsion afin de briser le lien adhésif. NE PAS UTILISER DE MARTEAU. Frapper l'accéléromètre peut l'endommager.

Les goujons de fixation sont la technique de montage recommandée.
Ils nécessitent que la structure soit percée et taraudée, mais fournissent des fixations solides et fiables. Veillez à respecter les valeurs de couple spécifiées pour éviter d'endommager le capteur ou d'arracher des fils.

Figure 14
Figure 14 : Agrandir la photo
Figure 15
Figure 15 : Agrandir la photo

Types d'accéléromètres

ACC793 Accéléromètre gamme premium Gamme premium
Ces accéléromètres sont fabriqués à partir de cristaux premium sélectionnés et utilisent des circuits à faible bruit afin de fournir un accéléromètre de qualité à faible bruit. Leur boîtier en acier inoxydable 316L est hermétiquement scellé de l'environnement afin qu'il puisse résister à des environnements industriels difficiles. Des options de sécurité intrinsèque FM et CSA sont également disponibles. L'ACC793 est une configuration de câble supérieur standard et l'ACC797 est une configuration de câble de côté de profil bas.
ACC101 Accéléromètre industriel Qualité industrielle
Les accéléromètres de qualité industrielle sont les outils performants de l'industrie. Ils sont utilisés pour tous types d'applications, des machines-outils aux secoueurs de peinture. OMEGA offre un choix de quatre modèles. ACC101 (illustré) est un accéléromètre à faible coût de haute qualité pour des applications générales. L'ACC 102A est scellé hermétiquement pour les environnements difficiles, dispose d'un câble fixe et ne pèse que 50 grammes. L'ACC786A, à câble supérieur et l'ACC787A, à câble de côté, sont hermétiquement scellés et munis de câbles détachables résistants aux intempéries.
ACC103 : Accéléromètre de laboratoire pour niveaux de vibrations élevés Haute Vibration
Ces accéléromètres utilisés pour surveiller les niveaux de vibrations élevés ont une sortie (10 mV/g) et une masse inférieures à celles des accéléromètres industriels. L'ACC103 pèse 15 g et permet de surveiller des niveaux de vibrations pouvant aller jusqu'à 500 g. Il s'agit d'un montage par goujon, conçu pour une utilisation sur tables vibrantes, en laboratoires de vibrations et sur machines-outils industrielles lourdes. L'ACC104 ne pèse que 1,5 g et est conçu pour un montage adhésif. Ces deux modèles disposent d'une gamme de fréquences de 3 à 10 kHz et une gamme dynamique de +/- 500 g.
ACC301 : Accéléromètre triaxial Triaxial
Les accéléromètres triaxiaux mesurent les vibrations dans trois axes X, Y et Z. Ils disposent de trois cristaux placés de sorte que chacun réagit aux vibrations dans un axe différent. La sortie inclut trois signaux, chacun représentant la vibration de l'un des trois axes. L'ACC301 a une construction en titane léger et une sortie de 10 mV/g avec une gamme dynamique de +/- 500 g sur une gamme de 3 à 10 kHz.